到太空去淘金

內(nèi)容概要

我們今天生活的世界是由已知和未知兩個領(lǐng)域組成。我們已知的越多，未知的領(lǐng)域就越大。廣大的未知領(lǐng)域構(gòu)成了我們渴望探知的未知世界。未知世界有種魅力，它總是吸引著我們在未知領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)真理時有所突破，而不是墨守成規(guī)。牛頓的萬有引力定律、達爾文的進化論正是在這種魅力吸引下探索出來的。    科學是一項偉大的冒險活動，它充滿了刺激與振奮。它使人類的求知欲和好奇心得到了滿足，并且激發(fā)人們的想像力，去欣賞和理解科學技術(shù)所帶來的種種美妙與神奇。    《走進未知世界》叢書，就是向中國廣大青少年提供一條通往未知世界的途徑，引導他們大膽走進未知世界，并能在人類未知領(lǐng)域有新的更重大的發(fā)現(xiàn)。同時引導他們樹立對真理、對科學的求真精神和對天文、物理、原子、生命等未知領(lǐng)域的刻苦追求精神，培養(yǎng)起創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。    這套叢書從自然科學的角度，向廣大青少年展示一個全新的視野——宇宙的奧秘、海洋的神奇、環(huán)境的變化、生命的奇幻、物質(zhì)世界的多彩、微觀領(lǐng)域的裂變……弘揚科教興國的精神。該叢書以精品意識為導向，面向廣大青少年讀者精心創(chuàng)作；注重知識性、趣味性和實用性的統(tǒng)一，圖文并茂；寫作中始終貫徹叢書的主題思想，注意引導讀者發(fā)現(xiàn)未知世界，培養(yǎng)創(chuàng)新能力；語言通俗易懂，雅俗共賞。    在編寫叢書的過程中，所有參編者遵照“應用價值、文化價值、精神價值”相結(jié)合的原則精心寫作，努力把最能體現(xiàn)人類創(chuàng)造力與想像力的科學成果介紹給廣大讀者。WTO把中國深深地卷入到了全球化的浪潮中，作為鏈接科學技術(shù)紐帶的——《走進未知世界》叢書把我們和科學緊緊連在了一起，它為廣大讀者打造了一個再次提升自己的知識平臺。如果本書的出版發(fā)行確能使讀者有所收獲，那就是對我們所有編寫者莫大的鼓勵。

作者簡介

王建成，男，安徽省郎溪縣人。曾在安徽農(nóng)村插隊并擔任民辦小學教師，在安徽蕪湖師專、安徽教育學院獲得專科和本科學歷，在中學任教多年。1984，年考入北京師范大學化學系攻讀化學教育專業(yè)碩士學位，畢業(yè)后留校工作。1993年赴美國留學，獲mba學位后留美工作，擔任過生產(chǎn)計劃部主管、市場和銷售經(jīng)理、海外信息技術(shù)部總經(jīng)理等職務(wù)。2001年9月回國，參與北京師范大學珠海分?；I建工作。2005年12月在北京師范大學比較教育研究所獲得比較教育學博士學位?，F(xiàn)為北京師范大學珠海分?；A(chǔ)教育處處長、教育學院副院長、副教授。主要研究領(lǐng)域為教育認證與評價、教育理論、基礎(chǔ)教育、民辦教育、學科教育等。曾主持多所中小學和幼兒園的組建工作，主持制定地方或區(qū)域教育規(guī)劃。曾出版專著《化學教育測量與評價》(與劉知新先生合著，廣西教育出版社，1993 年)、《如何解決親子沖突——中美家庭教育觀念透視》(獨立編著，知識產(chǎn)權(quán)出版社，2001年)；在《比較教育研究》等刊物上發(fā)表學術(shù)論文十余篇。

書籍目錄

緒：到宇宙去——親歷神奇，解開神奇神奇的宇宙  宇宙之尺  恒星身份證  高密度星體  宇宙生命之謎  黑洞之迷  宇宙的開始和終結(jié)向宇宙進軍  不知地焉知天  齊奧爾科夫斯基  火箭越飛越高  從加加林開始  太空梭  伴隨前進的還有淚水  中國人的航天之路  宇宙探索的一百條理由  航天新構(gòu)想附錄  附錄1 1957～1998年載人航天飛船大事記  附錄2 航天災難知多少  附錄3 宇航員吉尼斯

章節(jié)摘錄

書摘    在更大的尺度上，許多觀察到的天文現(xiàn)象，用黑洞來解釋也更為合理。    讓我們進入到黑涸里面去看一看。    當我們決定要到黑洞里去走一趟時，全人類都在關(guān)注著我們?？粗覀冸x他們越來越遠，他們用最先進的天文觀察儀器在觀察跟蹤著我們，儀器是如此先進，一般情況下，不管我們走多遠，他們都能看到我們。    假如我們每隔1秒向觀察我們的人們發(fā)出一次信號，他們每隔1，秒就能收到一次我們發(fā)出的信號。當我們無限逼近黑洞時，情況發(fā)生了一些微妙的變化。    假如我們11點穿過視界，在這之前的一點點時間里，觀察我們的人將會發(fā)現(xiàn)，我們發(fā)出的信號的時間間隔越變越長，而不是原來的1秒。在10點59分58秒和10點59分59秒發(fā)出的兩個信號之間，他們會等待比1秒稍長的時間。    時空的特性在巨大的引力場中發(fā)生了變化。這是愛因斯坦相對論告訴我們的。    我們應該記住，黑洞的引力是非常大的。對一個微小黑洞而言，從視界到它的引力中心，距離相對較短，我們頭朝著它飛去時，頭部受到的引力要比腳部受到的引力大得多，甚至我們還沒有到達視界時，這巨大的引力差就會把我們先是拉成面條，接著是撕碎。對于一個巨型的黑洞，我們的悲慘命運會晚一些發(fā)生。在到達視界之前，我們不會被撕裂’事實上，在到達臨界半徑之前，不會有異樣的感覺，甚至在到達永不回返的那一點時，也是如此。在接下來的幾個鐘頭后，在我們運動到接近引力中心時，作用在我們頭上和腳上的引力差，會將我們撕裂。    接著，我們在人類的注視下消失了。這不是觀察儀器出了問題，而是我們進人了黑洞。    我們越過了視界。我們進入了黑洞。    如果我們僥幸沒有被拉成面條或撕裂，我們會在黑洞中看到什么呢?讓我們記住黑洞“無毛”定律或“三毛”定律，我們看到的將是無法用常規(guī)的物理量來定義的物質(zhì)，因此，我們對它們也就無法給予描述。而我們看到自身在向黑洞的中心“迅速”她飛去，但到達中心的時間是如此漫長，我們永遠也到達不了這個中心——即奇點。時間失去了它平常的意義。    時間終結(jié)了。    我們走向了一條永遠不歸的路。    我們走向了一條永遠沒有盡頭的路。    按照黑洞的定義，它不能發(fā)出光，我們何以能發(fā)現(xiàn)和證實它呢?    約翰。米歇爾指出過，黑洞盡管看不見，但它還是將它的引力作用在周圍的物體上。如果我們發(fā)現(xiàn)周圍的物質(zhì)向著一個不可見的中心飛去，這是否就能證實這個不可見的中心就是黑洞呢?不能。因為它難以與宇宙的膨脹區(qū)別開，況且我們也沒有觀察到類似情形。如果兩顆恒星由于相互吸引而相互圍繞著轉(zhuǎn)動，其中一顆可見的恒星繞著一個看不見的引力中心旋轉(zhuǎn)，那是否能證明這個不可見的引力中心就是黑洞呢?也不行。因為我們不知道這個不可見的引力中心，是不是一顆很暗而用我們現(xiàn)有的觀察手段難以觀察到的恒星呢。    如果有一個雙星系統(tǒng)，其中一個看不見，而這個系統(tǒng)又發(fā)出大量的、無規(guī)則的x射線，那就幾乎可以肯定，那個暗的天體就是一個黑洞。    1965年，人們在天鵝座探測到了一個特殊的強x射線源，命名為天鵝座×—l。怎樣解釋這個無規(guī)則的強x射線源呢?最方便的解釋是，可見星表面的物質(zhì)，在不可見伴星的巨大引力下，沿著螺旋形軌道，落向不可見之星，并且變得非常熱而發(fā)出x射線。要做到這一點，不可見伴星必須非常小，像白矮星、中子星或黑洞那樣。通過觀測可見星的運行軌道，可推算出天鵝座x一1中的不可見物體質(zhì)量非常大，大約是太陽質(zhì)量的6倍。這樣小的物體，居然有這么大的質(zhì)量，它不可能是白矮星，也不可能是中子星。它只能是黑洞。    中子星的進一步坍塌形成黑洞，在這個意義上，我們把黑洞和白矮星、中子星一起視為致密星。但也不盡然。有可能存在物質(zhì)密度比地球還小的黑洞。    對于質(zhì)量較小的星體，如太陽，要成為黑洞，它的引力半徑要收縮到不到3公里，它的平均密度一定超過中子星。對質(zhì)量比太陽小很多的恒星來說，理論上它們也可能成為黑洞。因為它們的質(zhì)量太小，就是耗盡了自己的核燃料，還能支持自己對抗引力，不可能因引力坍縮形成黑洞。要使得它們成為黑洞，就需要有外部巨大的擠壓力量，將物體擠壓成極端緊密的狀態(tài)，使它們的密度超過中子星。物理學家約翰·維勒曾經(jīng)計算過，如果將地球海洋里全部的重水制成一個超級氫彈，它爆炸產(chǎn)生的巨大威力可以將其中心的物質(zhì)壓縮到產(chǎn)生一個微型黑洞。通過這樣的方式形成微型黑洞是不尋常的，也許，更現(xiàn)實的可能是在早期宇宙分布不均勻和它的高溫、高壓的特殊條件下，才能形成這樣小質(zhì)量的黑洞。    但對于比太陽質(zhì)量要大得多的天體，如比太陽質(zhì)量大上數(shù)千倍乃至數(shù)億倍，情況就有所不同。一個質(zhì)量為太陽的1億倍的天體，它的半徑收縮到3億公里，引力就可大到光也逃不出來，也就是成為黑洞。計算得知，這時它的平均密度為1 830千克／米。，它比地球上疏松的土壤的密度還要小，只是比1 000千克／米。的水的密度稍大一些。一個質(zhì)量大致與銀河系相當?shù)暮诙?，它的密度比空氣還稀1 000倍。    真有這么大的黑洞嗎?    在北斗七星的旁邊，大熊座的“熊頭”附近，有一個形狀不倫不類的M82星系。直徑達1 200萬光年的M82星系，有一條黑色縫隙橫貫其中，所以它得到了一個“破裂星系”的綽號。這條黑色縫隙實際上是一個由混雜塵埃的氣體構(gòu)成的。M82星系具有顯著的特征，其中心部位以超過別的星系數(shù)千倍的速度誕生著新的恒星。    1997年，日本京都大學的一個研究小組使用X射線觀測衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)M82星系內(nèi)的一個天體，從非常有限的空間發(fā)出大量x射線，這個天體主要放射3 000電子伏特的高能x射線，其光度達到太陽全部光度的千萬倍。    為了搞清這個天體的真實面目，科學家立即著手進行了反復達九次的觀測，對可信數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明，這個天體在短短幾天的時間里，其光度就發(fā)生了幾倍的變化。這個天體光度的變化情況被美國麻省理工學院和內(nèi)華達大學的科學家于1999年同時觀測到。它的光度變化的直接原因目前還無法確定，但是卻為科學家了解這一奇異天體的本來面目，提供了極其珍貴的數(shù)據(jù)，因為根據(jù)這些數(shù)據(jù)能夠算出這個天體的大小，它的直徑約為太陽與地球距離的數(shù)十倍，也就是說，它的大小充其量相當于太陽系。從如此小的區(qū)域內(nèi)居然能夠釋放出相當于太陽1 000萬倍的能量，從現(xiàn)代物理學可知其惟一的可能就是黑洞。    迄今為止，已知的x射線雙星系統(tǒng)最亮者達到太陽光度的100萬倍程度，M82星系發(fā)現(xiàn)的x射線天體在此基礎(chǔ)上又增高了10倍。由此估計，這個黑洞的質(zhì)量約為太陽的-160倍到最大的1億倍。    美國天文學家2000年1月13日宣布，發(fā)現(xiàn)三個“巨大黑洞”的蹤影。新發(fā)現(xiàn)的黑洞在距地球5千萬至1億光年的仙女座與白羊座中。專家指出，大部分黑洞的質(zhì)量只比太陽的質(zhì)量多出數(shù)倍，但這新發(fā)現(xiàn)的黑洞的質(zhì)量竟是太陽質(zhì)量的5千至l億倍，所以可稱為“巨大黑洞”。    近幾年，有觀測報告說在銀河系中心似乎也存在巨大黑洞。    所謂“巨大黑洞”，是指質(zhì)量超過太陽．100萬倍以上的黑洞。如果存在巨大黑洞，那么在它周圍的物質(zhì)亦應當像繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星那樣，遵循“開普勒行星運動三定律”?？茖W家認為，能夠?qū)⒒顒有窍岛擞镁薮蠛诙春托D(zhuǎn)著被吸入黑洞的氣體盤旋建立一個模型。根據(jù)這個模型，星系核活動性的差別由黑洞的大小和單位時間被吸人黑洞的氣體量決定。為了說明多種星系核的活動性，巨大黑洞的質(zhì)量必須達到太陽質(zhì)量的1 000萬倍到10億倍的程度。    哈勃太空望遠鏡就在NGC4261、室女座M84星系：室女座M87星系等星系中心發(fā)現(xiàn)了高速旋轉(zhuǎn)的氣體。    ……

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